Исследователи из Института Уэллкома Сэнгера и их коллеги из Университета Сунь Ятсена, Китай, применили одноклеточные технологии и передовую визуализацию для анализа образцов скелетных мышц человека у 17 человек на протяжении всей взрослой жизни. Сравнивая результаты, они проливают новый свет на многие сложные процессы, лежащие в основе возрастных изменений мышц.
Атлас, опубликованный 15 апреля в журнале Nature Aging, раскрывает новые клеточные популяции, которые могут объяснить, почему одни мышечные волокна стареют быстрее, чем другие. Он также определяет компенсаторные механизмы, которые мышцы используют для борьбы со старением.
Полученные результаты предлагают возможности для будущих методов лечения и вмешательств для улучшения здоровья мышц и качества жизни по мере старения.
Это исследование является частью международной инициативы «Атлас клеток человека», направленной на картографирование каждого типа клеток в организме человека, чтобы изменить понимание здоровья и болезни.
С возрастом наши мышцы постепенно ослабевают. Это может повлиять на нашу способность выполнять повседневные действия, такие как вставание и ходьба. У некоторых людей потеря мышечной массы усугубляется, что приводит к падениям, неподвижности, потере автономии и состоянию, называемому саркопенией. Причины, по которым наши мышцы ослабевают с течением времени, остаются малоизученными.
В этом новом исследовании ученые из Института Уэллкома Сэнгера и Университета Сунь Ятсена, Китай, использовали методы секвенирования как одноклеточных, так и одноядерных клеток, а также передовую визуализацию для анализа образцов мышц человека от 17 человек в возрасте от 20 до 75 лет.
Команда обнаружила, что гены, контролирующие рибосомы, ответственные за производство белков, были менее активны в мышечных стволовых клетках из старых образцов. Это ухудшает способность клеток восстанавливать и регенерировать мышечные волокна с возрастом. Кроме того, популяции немышечных клеток в этих образцах скелетных мышц продуцировали больше провоспалительной молекулы под названием CCL2, привлекая иммунные клетки к мышцам и усугубляя возрастное ухудшение состояния мышц.
Также наблюдалась возрастная потеря специфического подтипа быстро сокращающихся мышечных волокон, ключевого для взрывной мышечной производительности. Тем не менее, они впервые обнаружили несколько компенсаторных механизмов в мышцах, которые, по-видимому, восполняют потерю. Они включали в себя сдвиг в медленно сокращающихся мышечных волокнах для экспрессии генов, характерных для утраченного быстро сокращающегося подтипа, и усиленную регенерацию оставшихся быстро сокращающихся подтипов волокон.
Команда также определила специализированные популяции ядер в мышечных волокнах, которые помогают восстановить связи между нервами и мышцами, которые уменьшаются с возрастом. Нокаут-эксперименты на выращенных в лаборатории мышечных клетках человека подтвердили важность этих ядер для поддержания мышечной функции.
Вероника Кедлиан, первый автор исследования из Института Уэллкома Сэнгера, сказала: «Наш непредвзятый, многогранный подход к изучению старения мышц, сочетающий различные типы секвенирования, визуализации и исследования, раскрывает ранее неизвестные клеточные механизмы старения и выделяет области для дальнейшего изучения».
Профессор Хунбо Чжан, старший автор исследования из Университета Сунь Ятсена, Гуанчжоу, Китай, сказал: «В Китае, Великобритании и других странах у нас есть стареющее население, но наше понимание самого процесса старения ограничено. Теперь у нас есть детальное представление о том, как мышцы стремятся поддерживать функцию как можно дольше, несмотря на эффекты старения».
Доктор Сара Тайхманн, старший автор исследования из Института Уэллкома Сэнгера и соучредитель Атласа клеток человека, сказала: «С помощью Атласа клеток человека мы узнаем о теле в беспрецедентных подробностях, начиная с самых ранних стадий развития человека и заканчивая старостью.
«Благодаря этим новым представлениям о здоровом старении скелетных мышц исследователи во всем мире теперь могут изучать способы борьбы с воспалением, ускорения регенерации мышц, сохранения нервных связей и многого другого. Открытия, сделанные в ходе подобных исследований, имеют огромный потенциал для разработки терапевтических стратегий, способствующих более здоровому старению для будущих поколений».